同步发电机多回路-有限元耦合数学模型及其应用

将多回路方法与电磁场有限元计算相结合,建立了同步发电机的多回路一有限元耦合数学模型,其突出优点在于可以计及定子绕组对地分布电容、磁路饱和、磁极形状、齿槽影响以及涡流等因素,因而适用于同步发电机定子单相接地故障暂态分析。分别应用多回路模型、多回路一有限元耦合模型进行定子绕组单相接地故障暂态数字仿真。仿真结果与实验结果对比表明,相对于多回路模型,多回路-有限元耦合模型具有更高精度。多回路-有限元耦合模型的仿真结果与实验结果基本吻合,验证了该模型的准确性与有效性。     

基于多回路－有限元耦合数学模型的同步发电机定子单相接地故障保护方案校验方法

同步发电机数学模型是进行故障暂态仿真，设计、校验保护方案的理论基础。文中将多回路方法与电磁场有限元计算相结合，建立了同步发电机的多回路一有限元耦合数学模型，其突出优点在于：可以同时计及定子绕组对地分布电容，磁路饱和、磁极形状、齿槽效应等因素，适用于同步发电机定子单相接地故障暂态分析及保护方案(尤其是三次谐波电压保护方案)校验。应用该数学模型完成了同步发电机定子单相接地故障暂态数字仿真，仿真与实验结果基本吻合，验证了该数学模型的准确性与有效性。进而提出了基于多回路一有限元耦合数学模型的同步发电机定子单相接地故障三次谐波电压保护方案校验方法。应用该方法对典型的定子单相接地稳态判据、暂态判据进行仿真校验，结果与实验基本吻合，表明该方法是正确可行的。     

大型水轮发电机定子单相接地故障的暂态仿真

根据水轮发电机定子和转子的绕组结构，在利用多回路理论计算定子和转子绕组电感参数的基础上，考虑定子绕组对地电容的分布性，建立了新的水轮发电机定子绕组单相接地故障暂态仿真模型，将定子绕组单相接地问题的研究统一在一个模型之中。文中以三峡发电机的一种设计方案为例，分析了定子绕组对地分布电容对模型的影响，讨论了单相接地过程中机端与中性点处零序电压及接地故障电流随故障位置和接地电阻的变化关系。该模型适合发电机定子绕组单相接地故障的全过程仿真，可为单相接地故障继电保护方案的分析与开发提供基础。     

大型同步发电机单相接地故障的暂态多回路分析——数学模型

大型同步发电机定子单相接地故障是发电机常见故障，其潜在的危害很 大，因此相关的仿真研究非常重要，但是准确分析其暂态规律非常困难。文中采用准分布电 容等效实际定子绕组对地的分布电容，将定子绕组每个支路划分成若干个电路单元，建立大 型发电机定子单相接地故障的多回路分析暂态数学模型，推导出实际值形式和标幺值形式的 状态方程，并给出了相应的数值解算方法以及仿真结果。该模型可以同时考虑定子绕组对地 分布电容的影响，以及定子绕组内部接地故障带来的定子绕组结构上不对称的影响。〖ＫＨ ５Ｄ〗〖ＨＴＨ〗     

凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证

同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程，具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算，并与试验录波波形进行了对比，结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素，认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。     

场路耦合法计算同步发电机定子绕组内部故障的暂态过程

用多回路方法虽然已经基本解决了同步电机内部故障的稳态计算问题，但故障后电机铁芯的各处存在着不同程度的饱和，这会影响到计算的准确性。而对内部故障的暂态计算，饱和因素的影响更严重，因为在内部故障的过渡过程中饱和程度也会随时间而变化。该文将电机电磁场的有限元计算与多回路方法相结合，建立了定子内部故障的场路耦合的数学模型，在此基础上对同步发电机三相突然短路和定子绕组的各种内部故障等进行了暂态仿真，考虑了磁极形状、齿槽影响、铁心的饱和和涡流等因素。计算结果与实验波形基本吻合，证明了该数学模型的正确性。     

发电机定子绕组单相接地保护自适应判据研究

分析了发电机机端和中性点的零序基波及3次谐波电压故障暂态分量的特点,在此基础上提出了发电机定子绕组单相接地保护的自适应判据。该判据考虑了零序基波电压及3次谐波电压故障分量的综合效应,并以制动信号谱能量和动作信号谱能量的比值作为制动系数,该值在发电机正常运行时接近为1,在发电机定子绕组单相接地时远小于1。因此,自适应判据有效提高了保护在定子绕组经过渡电阻单相接地情况下的灵敏度。文章还建立了发电机的多回路暂态数学模型,采用半隐格式求解法对定子单相接地故障进行了仿真,结果证明了所提判据的有效性和良好的抗噪性。     

定子绕组匝间短路对无刷双馈电机电磁特性的影响

针对无刷双馈发电机定子绕组匝间短路的暂态电磁特性,采用多回路模型和有限元模型相结合的方法,建立了用于分析定子绕组短路故障的无刷双馈发电机场路耦合模型,充分考虑齿槽效应,铁磁材料饱和以及涡流效应等因素的影响.对发电机匝间故障前后暂态和稳态下的电磁转矩特征进行了频谱分析,在此基础上研究了不同频率电磁转矩分量随故障匝数及故障...     

同步发电机定子绕组匝间短路故障特征规律研究

为真实有效地反映实际并网运行的大型同步发电机发生定子绕组匝间短路故障时发电机定子电流及谐波电磁转矩等主要电气量的变化规律,采用场-路-网耦合时步有限元法对该问题进行了详细分析。以一台1 407 MVA核电半速汽轮发电机为研究对象建立了场-路-网联合仿真模型,在发电机并网带额定负载稳定运行条件下,对发电机定子绕组不同位置发生相同程度匝间短路故障进行了仿真,研究了大型发电机定子绕组匝间短路时故障位置对发电机机端三相电流、暂态基波电磁转矩、暂态二次谐波电磁转矩及稳态二次谐波电磁转矩的影响。为大型同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供参考。     

大型水轮发电机定子中性点高阻接地暂态分析

为准确分析计算发电机间歇弧光过电压以及单相接地故障电流,提出了采用准分布电容参数的定子单相接地多回路模型.该模型可以比较准确地计及气隙磁场谐波及定子分布电容的影响.对三峡左岸电厂一台大型水轮发电机进行了分析计算,结果表明,发电机中性点采用高阻接地方式下,定子绕组发生单相接地时,若取较高的中性点接地电阻则对减小故障电流的作用较有限,且会带来比较大的暂态过电压;综合考虑接地故障电流和暂态过电压,则中性点接地电阻宜取2～3倍的中性点对地等值容抗;若发电机频率发生偏移,则有可能出现较大的暂态过电压.     

同步电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应仿真分析

为了得到同步发电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应特征,实现设备的早期维护,文章以一台凸极同步发电机为例搭建“场-路”耦合模型,分析了同步发电机定子匝间短路的电流、电压、损耗及绕组电磁力的分布规律,并将结果导入Workbench仿真平台,利用“电磁-热”、“电磁-结构”耦合方法求取了同步发电机故障前后的温度及力学响应(总体变形、等效应变与等效应力)变化特征。分析得到故障后电机定子绕组的温升已对附近槽绕组温度产生了影响,受力及易形变部位集中在定子端部绕组以及端部绕组与直线段连接的部分。文章为同步发电机的预防性绝缘制造以及定子绕组匝间短路故障检测和诊断技术提供了依据。     

大型水轮发电机中性点消弧线圈接地暂态分析

为准确分析计算定子绕组接地间歇弧光过电压以及故障电流，分析发电机中性点消弧线圈接地的规律，文中采用准分布电容参数的多回路模型对三峡1台700 MW的大型水轮发电机进行计算。该模型将定子绕组划分成多个单元电路，计及气隙磁场谐波以及定子绕组分布电容的影响。结果表明，发电机中性点采用消弧线圈接地方式下，定子单相接地时，适当增加阻尼率可以有效地抑制电压熄弧恢复过程中的超调量，从而限制重燃暂态过电压；选择较小的脱谐度可以有效地补偿电容电流的基波分量，可大大减小故障电流，但故障电流中的3次谐波难以削弱。另外，频率偏移可引起较大的暂态过电压。     

基于S变换与RF算法的高压发电机定子单相接地保护

为了解决现有并列运行的多台高压发电机定子单相接地保护无选择性的问题,文中提出了一种基于S变换与随机森林(RF)算法的高压发电机定子单相接地保护方案。该方案利用S变换构造高压发电机定子单相接地故障下暂态零序电流幅-时-频矩阵,提取S变换幅-时-频矩阵相关系数、S变换暂态能量特征和暂态零序有功功率特征作为特征向量,将特征向量输入到RF保护判别模型中得到判别结果,从而辨识出发生故障的高压发电机。仿真结果表明在不同的故障条件下该保护方案的故障判别准确率较高,有望改善高压发电机定子单相接地保护的性能,弥补了单一故障特征量判别法的不足,且无须设置整定值,有效减少了系统运行方式对保护的影响。     

凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态计算及有关保护方案的分析

运用多回路分析方法,建立了凸极同步发电机定子绕组内部故障的数学模型,并编制了仿真程序,可以对凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态和稳态过程进行仿真;通过对仿真结果与实验结果的比较,验证了数学模型的正确性。依据仿真结果,计算了不同内部故障下各种保护方案的灵敏度,说明用瞬态基波分量校验的保护灵敏度比用稳态基波分量校验的灵敏度提高了。     

十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障

十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大,分析了该系统中4Y移15°的定子绕组可能出现的一种内部故障——发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型,考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓扑结构的影响,实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果,说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析,总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征,尤其是短路回路电流的特点及其影响因素,为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。     

同步发电机定子绕组内部故障数值分析

对研究发电机内部故障的不同分析方法进行比较, 应用场路耦合法对发电机定予绕组内部故障建模。利用发电机动模实验研究方法,验证该模型的正确性。并基于快速傅里叶变换和小波变换技术,对不同运行工况下同步发电机定子绕组内部匝间短路故障的时频稳态和暂态特性进行相应的数值分析。数值分析结果表明不同励磁条件、不同负载、不同位置的定子绕组内部匝间短路具有不同的电气故障特征,要实现良好的同步发电机定子绕组内部保护必须综合考虑各种影响因素。这给发电机定子绕组的内部故障诊断和保护提供更多的理论和实验依据。同时通过实验分析表明,不同的同步电机发生内部故障时其故障规律可能有所不同。     

发电机定子单相接地故障电阻在线监测研究

针对目前基波零序电压型和三次谐波型发电机定子单相接地保护不能计算接地故障电阻的情况,提出了一种在线监测单相接地故障电阻的方法,以便实时监测发电机由于绝缘降低而引发的单相接地故障。结合行波故障定位功能,提出了在发电机零序网络结合三次谐波等效电路中建立定子接地电阻的计算模型,运用发电机定子单相接地多回路仿真模型对某大型发电机进行仿真验证。仿真数据表明了所提出的方法是准确可行的。     

OOS技术在同步发电机多回路分析仿真中的实现

多回路分析(MLA)方法应用于同步发电机定子绕组内部匝间短路、相间短路以及定子单相接地故障的分析，可以取得比较准确的仿真结果。文中提出了面向对象仿真(OOS)技术在多回路分析中实现的方法：首先建立矩阵类，提供简洁的矩阵描述；再建立多回路电机类，将发电机的大量原始参数封装起来，并由内部成员函数实现发电机电感等参数的计算，用户可根据研究问题的需要定义定子绕组划分单元；最后建立状态方程类，实现状态方程具体的解算算法。仿真问题归结为这3个类的对象的有机结合。实践表明，采用该方法可使仿真程序函数调用时的参数更加简洁，同时增强了仿真的灵活性、程序代码的可读性和可扩充性，并为软件的可视化和实用化提供了方便。     

发电机定子单相接地故障电阻在线监测研究

针对目前基波零序电压型和三次谐波型发电机定子单相接地保护不能计算接地故障电阻的情况,提出了一种在线监测单相接地故障电阻的方法,以便实时监测发电机由于绝缘降低而引发的单相接地故障.结合行波故障定位功能,提出了在发电机零序网络结合三次谐波等效电路中建立定子接地电阻的计算模型,运用发电机定子单相接地多回路仿真模型对某大型发电机进行仿真验证.仿真数据表明了所提出的方法是准确可行的.     

基于有限元场路耦合的十二相整流发电机 系统定子匝间短路分析

为研究十二相整流发电机系统在定子绕组匝间短路时的运行情况,建立了基于有限元场路耦合仿真的十二相整流发电机系统模型,该模型综合考虑了齿槽效应、谐波等的影响,具有较高的精确度,适用于系统的发电机故障和整流部分故障的研究。根据所建立的模型,对十二相整流发电机系统定子绕组匝间短路故障进行了研究,通过分析故障状态下系统的负载电压、相电压、相电流、短路电流等的变化特点,说明定子绕组匝间短路故障对系统产生的影响。通过仿真与实验结果对比,验证了该文所建模型的合理性和正确性。